Геотермальне опалення будинку

Безумовна перевага опалення підземним теплом – високий та стабільний, незалежний від зовнішньої температури SСОР (середньосезонний коефіцієнт перетворення електроенергії на теплову), порівняно з повітряними тепловими насосами. СОР у ґрунтових насосів — 4-4,5 (у «повітряників» — 3,5-4). Разом з тим, ТН «вода-вода» будуть ефективнішими (їх SСОР — 5 і вище).

Показник СОР у геотермальних насосів більш стабільний, оскільки температура ґрунту, починаючи з 3,5 метрів, практично не змінюється, а на 7-10 метрах вже стабільна.

Однак, у них є й недоліки, чи скоріше нюанси, пов'язані із встановленням та експлуатацією.

1. Для встановлення насоса потрібно багато нічим не забудованої землі.

Особливо це актуально для горизонтального укладання, де на великому просторі розкладаються підземні труби. На ньому не повинно бути капітального будівництва та рослин із розгалуженою кореневою системою. Для зондового насоса це менша проблема, оскільки зонди можна розмістити у різних частинах ділянки.

2. Ґрунтові роботи — дорогі, і без них при встановленні не обійтися.

Це збільшує первинні витрати у 2-3 рази порівняно з витратами на встановлення теплового насоса «повітря-вода». Вартість робіт залежатиме від типу ґрунту. Зазначимо, що спроби влаштування геотермального опалення в Україні можуть призвести до того, що ви виявите на ділянці скелясті породи, через що система ще більше подорожчає.

3. Геотермальні ТН рідше мають функцію активного охолодження (за допомогою компресора).

У таких насосів найчастіше є лише функція пасивного охолодження — тобто, вони відбирають температуру ґрунту (10-12°C). Зважаючи на те, що вони не можуть зменшити її, в систему подаватиметься 18-19°C, і такий тип охолодження здійснюється через конструкції — підлоги, стіни, стелі. У такому разі є ризик появи точки роси, і цей фактор слід враховувати під час проєктування.

При пасивному охолодженні влітку не вдасться підтримувати бажаний мікроклімат — можна підтримувати лише різницю між зовнішнім та зовнішнім мікрокліматом у 6-7°C.

Слід зазначити, що геотермальні насоси з активним холодом все ж таки випускаються — але рідко, і їх вартість висока.

За принципом роботи опалення геотермальною свердловиною та теплом землі мало відрізняється від інших теплових насосів.

Будь-який ТН змінює фізичний стан холодоагенту (фреону) всередині контуру, впливаючи на нього за допомогою випарника, компресора, конденсатора та розширювального клапана, передає йому певну температуру, яка своєю чергою потрібна безпосередньо в системі опалення. Ґрунт — стабільне джерело енергії, її можна відбирати протягом усього року для опалення та охолодження. Обмеження для використання землі є, але про них ми докладніше поговоримо далі.

СОР геотермального теплового насоса становить 4-4,5. Це означає, що при роботі з 1 кВт витраченої енергії ви отримуєте 4-4,5 кВт теплової.

Принцип роботи внутрішніх блоків всіх видів теплових насосів є однаковим.

1. Існує випарник (зовнішній блок для повітряних теплових насосів). У ґрунтових насосів — це внутрішній теплообмінник. У випарнику фреон (холодоагент) відбирає низькопотенційну енергію від ґрунту.

2. Автоматика ТН регулює роботу так, щоб холодоагент потрапляв у випарник із меншою температурою, ніж температура контуру ґрунту.

3. Температура зі свердловин подається на теплообмінник, випарник визначає її температуру через датчик: наприклад, при 12°C у ґрунті подаватиме 8-9°C.

4. Проходячи через випарник, фреон відбирає це низькопотенційне тепло та нагрівається на 2-4°C. Підігрітий теплоносій потрапляє до компресора — в основну робочу частину теплового насоса. Завдання компресора — підняти температуру холодоагенту до необхідної системі опалення шляхом збільшення тиску фреону.

5. У компресорі, завдяки процесу стиснення, температура підвищується до необхідної системі — 35-55°C, діапазон температур, залежить від моделі ТН. Чим нижча ця кінцева температура — тим ефективніша робота теплового насоса.

6. Нагрітий в результаті стиснення холодоагент потрапляє в конденсатор (теплообмінник, що працює на систему), який передає температуру в систему опалення — на теплі підлоги та стіни, фанкойли, радіатори.

7. Далі температура холодоагенту знижується, він потрапляє на розширювальний клапан і різко втрачає тиск, тим самим втрачаючи температуру до необхідної різниці між фреоном та випарником. Робота розширювального клапана також керується автоматикою. Цей цикл постійно повторюється.

Важливо, що у ґрунтових ТН компресори мають низьку модуляцію. Їм не потрібні компресори, що сильно модулюють — найчастіше використовуються ступінчасті компресори з невеликою модуляцією. Через це для ґрунтових насосів передбачають великі буферні ємності для накопичення енергії. Наприклад, якась кількість тепла, яка не потрібна системі в цей момент, передається та зберігається в буфері.

​Як було зазначено, установка опалення від землі пов'язана з проведенням земляних робіт, часто — складних і дорогих.

Розкажемо про деякі аспекти, про які варто знати під час встановлення зовнішніх елементів системи.

1. Будь-який спосіб укладання – зовнішні зонди, горизонтально укладені труби, теплообмінник у водоймі – повинні передбачати те, що труба захищена. Після її встановлення краще відмовитися від ґрунтових чи водяних робіт, висадки рослин, будівництва. Будь-яка поломка або пошкодження труб веде до дорогих ремонтів.
   
   
2. Для ґрунтових теплових насосів завжди є ризик втрати свердловини. Пояснимо механізм: буриться свердловина, труба опускається в неї на різні глибини — 30-100 м. Залежно від якості буріння, самої труби, швидкості роботи, знань монтажників, є ризик втрати 1-2 зондів на етапі монтажу (під час опускання, перевірки тиску і тощо).
   
   
3. Розрахунок теплових навантажень — найважливіший етап, оскільки зонди повинні мати розумний запас, щоб тепловий насос не виморозив свердловину і просто не призвів до її повної втрати.

При установці геотермального опалення ризики людського фактора завжди вищі, і їх не можна передбачити на етапі проєктування.

Як ми переконалися, ви можете використати тепло землі для обігріву будинку. Ціна цього питання залежить від багатьох чинників.

• Виробник. Чим він відоміший, чим більшу частку на ринку займає — тим дорожче обладнання. При цьому не завжди воно буде найякіснішим, але через ім’я ціна зростає.

​

• Потужність. Звісно, що чим потужніший тепловий насос — то дорожче він буде коштувати. Хороша новина в тому, що ціна зростає не пропорційно, і потужніші агрегати мають вигідніше співвідношення ціни до продуктивності.

​

• Комплектація. Чим більше аксесуарів та елементів у системи – тим вона дорожча. Наприклад, ми згадували про буферні ємності, які варто передбачити для ТН.

Оскільки потужність ґрунтових теплових насосів виправдана великою площею і починається з 15-20, іноді з 30 кВт, вартість самого насоса приблизно дорівнює ціні «повітряника». Але до грошей, витрачених на насос, потрібно додавати вартість ґрунтових робіт. Купуючи за 15 тисяч євро 20-кіловатний насос, потрібно бути готовим вкласти 10-15 тисяч євро у ґрунтові роботи та зовнішні зонди (це без урахування грошей, витрачених на упорядкування території після таких робіт).

Таким чином, остаточна вартість системи геотермального опалення — це ціна ТН, помножена на 1,5-2.

Як правило, клієнти, що розглядають геотермальне опалення будинку, більше стурбовані комфортом, екологічністю, витратою енергоресурсів, сучасними технологіями та розширеним керуванням системи, а не окупністю.

Якщо все ж таки порушувати питання окупності, завжди має значення, з чим порівнюються ті чи інші системи. Якщо на ділянці немає газу — отримання дозволу, проведення газопроводу та встановлення газового котла може коштувати стільки ж, скільки й сам ТН. Якщо електрика дорога, і є роздільна здатність тільки на 15 кВт — «повітряник» не підійде, потрібно ставити ґрунтовий, у якого вищий СОР. Таких нюансів багато.

Серед факторів, що підвищують окупність насоса, виділимо такі:

• розрахунок та встановлення низькотемпературної системи опалення з теплими підлогами та фанкойлами;

​

• хороший конструктив будівлі;

​

• наявність припливно-витяжної вентиляції з рекуперацією;

​

• використання всього функціоналу ТН — обігріву, охолодження, ГВП.

Для ґрунтового типу насоса важливим є початковий розрахунок, оскільки його установка належить до капітального будівництва. Не з усіма насосами так — наприклад, «повітряник» легко зняти, замінити та навіть перевезти на нове місце.

Потужність геотермального ТН дорівнюватиме потужності зондів, в які покладено трубу. Змінити цю кількість не можна. Це не просто умовна схема, а капітальне рішення, заміна такого обладнання дороге питання.

Також при розрахунку системи слід пам'ятати, що найчастіше ґрунтові ТН не мають функції активного холоду і необхідно забезпечити систему охолодження з кондиціонерами.